基于事故链及动态故障树的电梯连锁故障风险评估

基于事故链及动态故障树的电梯连锁故障风险评估

杨丽霞王嘉彦刘勇

浙江省特种设备检验研究院浙江杭州310000

摘要：随着电梯的使用范围和数量的扩大，电梯故障已进入多发阶段，故障间隔时间明显缩短，成为人们生活中的重要隐患。如何提高电梯的安全性能已成为电梯行业面临的重要课题。目前应用于电梯系统的故障诊断方法主要以基于知识的方法为主，如故障树和专家系统，推理策略主要有模糊理论、神经网络和Petri网等。故障树分析法虽然简单可靠，运用它进行故障诊断几乎不需要使用任何训练方法，但动态故障树的建立需要精确的解析模型和故障机理分析，且该方法不能显示出求解所使用的知识，但知识获取和知识库的建立比较困难，需要大量专家知识。本文分析了基于事故链及动态故障树的电梯连锁故障风险评估。

关键词：事故链；动态故障树；电梯连锁故障；风险评估；

国家对电梯的维修保养提出了许多要求和规定，但是实际工作过程中往往忽略了电梯的故障率、使用频率、设备的新旧程度等诸多条件。制定完善可行的预防性维护计划，合理选择预防性维护周期，对延长电梯寿命，延缓损耗故障期出现，降低电梯故障率显得尤为重要。

1概述

1.1故障树分析原理。事故树理论是安全评价中的一种评价方法，它的基本原理是识别导致事故的基本事件（基本的设备故障）与人为失误的组合，为人们提供设法避免或减少导致事故基本原因的线索，从而降低事故发生的可能性；对导致灾害事故的各种因素及逻辑关系能做出全面、简洁和形象的描述；便于查明系统内固有的或潜在的各种危险因素，为设计、施工和管理提供科学依据；使有关人员、作业人员全面了解和掌握各项预防措施要点。

1.2事故树理论的分析方法。事故树分析是对既定的生产系统或作业中可能出现的事故及可能导致的灾害后果，按工作流程、先后次序和因果关系绘成程序方框图，表示导致伤害事故的各种因素之间的逻辑关系。它由输入符号或关系符号组成，用以分析系统的安全问题或系统的运行功能问题，为判明伤害的发生途径及事故因素之间的关系，事故树分析法提供了一种最形象、最简洁的表达形式。根据上述要求，事故树分析的基本步骤如下：①熟悉系统：详细了解系统组成部分及各部分的功能特点，绘出工作流程图。②调查事故：收集事故案例，进行事故统计，假定给定系统可能发生的事故。③确定顶上事件：要分析的对象即为顶上事件。对所调查的事故进行全面分析，从中找出后果严重且较易发生的事故作为顶上事件。④调查原因事件：调查与事故有关的所有原因事件和各种因素。⑤画出事故树：从顶上事件起，逐级找出直接原因事件，直至所要分析的深度，按其逻辑关系，画出事故树。

2基于事故链及动态故障树的电梯连锁故障风险评估

2.1模型建立。本文将建立以单位时间使用效率为目标的电梯故障率修正模型。为了使模型简化和研究的方便，在构建模型时做了以下假设：一是如果在两个维修中间发生故障，假设每一次维修都能使电梯的性能恢复，同时不影响电梯的故障率。二是在电梯运行时，每隔T时间对电梯进行一次预防性维修，每一次维修能使电梯的役龄时间向前推移茁，为了更好地描述预维修对周期内电梯故障次数的影响，将茁处理为一随机变量，早期故障期不在本文提出的故障率修正参数考虑范围，所以把姿1近似看作电梯开始工作时间0。机器从0工作至t1时，故障率由姿1升至姿2。此时引入故障率修正参数茁，0<茁<t1。每进行一次维修可使电梯的役龄时间向前推移茁，故障率下降δ姿至姿茁。每进行一次预防性维修后电梯的故障率将都下降到一定值。随着电梯使用时间的增加，发生故障的可能性越来越大，如果在电梯的使用过程中进行预防性维修就可以减少故障可能性，增加电梯使用寿命。

2.2故障风险评估。该方法是基于模糊数学理论及方法，对多影响因素系统的目标特征进行总体评价，采用模糊数学方法初步计算电梯系统风险，结合电梯运行故障监控数据计算故障率修正系数，以此来修正电梯系统风险。

（1）电梯系统风险评价影响因素指标。电梯系统风险计算主要考虑2个方面：事故发生的可能性和事故后果严重程度。笔者以电梯全寿命周期内的8个环节为主要评价因素建立电梯系统事故发生概率指标体系。后果严重度程度大小则考虑困人时间、社会影响、应急救援等因素。

（2）基于模糊数学的风险计算方法。基于模糊数学的风险计算过程，主要是明确模糊综合评价的相关内容，其具体步骤如下：一是建立风险指标体系，确定模糊评价因素集U，ui为评价因素，p为评价因素个数：，文中因素等级评语用模糊语言“好，较好，中等，较差，差”、“高，较高，中等，较低，低”或“Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级，Ⅴ级”等来表示。二是确定风险评价因素权重集W。权重的确定选用专家打分法。三是进行模糊评价综合计算。从指标体系底层因素开始评价，得出每个单因素的评价向量，由同一因素下的所有单因素评价向量组成一级评价矩阵C，m表示单因素个数，n表示单因素指标分级级数。，如此逐步进行风险评价指标多级变换计算即可得出电梯事故发生可能性和事故后果严重度的结果。对应因素的权重则由电梯不同专业领域的专家依据问卷调查表进行主观评分，对评分结果进行统计计算求解所有因素的权重系数。

（3）电梯系统风险影响因素等级评价矩阵。因素等级评价是某一因素的某一等级对于评价集的隶属函数，确定隶属函数的方式有统计法、专家评分法、分段函数计算法、推理法等。根据电梯实际应用及风险影响的推理计算得出单因素等级评价的隶属度函数Ｒ，即初始评价矩阵。对单因素等级评价矩阵Ｒ的5个行向量进行归一化处理得到等级评价矩阵。

（4）故障率修正系数。故障率系数的计算主要考虑电梯困人、安全回路、门锁故障、门锁短接、停电故障、制动器故障、停梯、门抖动故障等8种典型故障。根据电梯系统运行监控平台记录的数据，计算各种故障的发生次数与电梯启动次数的比率，即得相应故障的故障率。根据故障统计数据以及专家打分方法计算各种故障权重系数，采用加权平均的方法由式可得故障率修正系数。，式中：ri为各种故障模式的故障率；wi为各种故障模式的权重。

（5）风险结果的计算及风险等级评定。根据式以及模糊评价计算方法可以求出电梯系统伤害事故发生的可能性评价向量和事故后果严重程度评价向量，据此即可得出系统风险。确定模糊评价结果的最有效方法是向量单值化法，即采用加权平均化向量为单数量值，由此得可能性数值和后果严重程度数值，传统风险计算是二者的函数，因此，结合一般风险计算方法及该评价模型的实际效用，可由式求得电梯系统风险。根据电梯系统风险计算结果及实际使用情况划分风险等级，见表1。表中的采取措施是指根据电梯系统风险评价结果，采取整改、更换部件、加强维护保养等措施，以降低电梯运行风险。

表1

电梯安全运行涉及广大民众，电梯事故的责任认定更是涉及电梯生产单位、电梯维保单位、电梯使用单位及事故受害人等行政处罚和经济利益敏感问题。在我国电梯事故调查方法讨论较多，便缺少真实能利用计算机技术实现电梯事故调查的软件和工具。如何界定电梯事故人的不安全行为、设备的不安全状态以及电梯制度的不规范管理，实现正确的分析事故原因，达到客观公正的明确责任，为事故最终结案提供技术支撑。

参考文献

[1]马幸福.基于专家系统的电梯故障诊断技术研究[J].电梯工业，2015年05期.

[2]张菁.虚拟现实技术及应用[M].清华大学出版社，2015年5月.

[3]国家安全生产监督管理总局.安全评价[M].煤炭工业出版社，2015年4月.